(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111678442.8 (22)申请日 2021.12.31 (71)申请人 华侨大学 地址 362000 福建省泉州市丰泽区城东城 华北路269号 (72)发明人 徐西鹏　林佳明　姜峰　田子歌　 吴跃勤　 (74)专利代理 机构 厦门市首创君 合专利事务所 有限公司 3 5204 代理人 张松亭 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/42(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 基于力学试验结果的分子动力学模型验证 方法 (57)摘要 本发明公开了基于力学试验结果的分子动 力学模型验证方法， 包括： 步骤一， 建立基于力学 试验的分子动力学仿真模型； 步骤二， 设置分子 动力学仿真模型的模拟参数； 步骤三， 依据模拟 参数采用分子动力学模拟方法计算并且输出模 拟结果； 步骤四， 处理模拟结果的数据以获仿真 结果； 步骤五， 将分子动力学的仿真结果与力学 试验结果进行对比验证。 它具有如下优点： 基于 力学试验的验证方法能充分反映材料物理性能， 有助于验证分子动力学模拟准确性， 对提高分子 动力学模拟结果的可信度以及分子动力学技术 的广泛应用具有重要意 义。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114323950 A 2022.04.12 CN 114323950 A 1.基于力学 试验结果的分子动力学模型验证方法， 其特 征在于： 包括： 步骤一， 建立基于力学 试验的分子动力学仿真模型； 步骤二， 设置分子动力学仿真模型的模拟参数； 步骤三， 依据模拟参数采用分子动力学模拟方法计算并且输出模拟结果； 步骤四， 处 理模拟结果的数据以获仿真结果； 步骤五， 将分子动力学的仿真结果与力学 试验结果进行对比验证。 2.根据权利要求1所述的基于力学试验结果的分子动力学模型验证方法， 其特征在于： 步骤一中， 采用LAM MPS软件建立基于力学 试验的分子动力学仿真模型。 3.根据权利要求2所述的基于力学试验结果的分子动力学模型验证方法， 其特征在于： 步骤一中， 采用纳米压痕力学试验方法建立球形压头与块状基体的组合模型， 压头、 基体都 由单晶氧化铝制成， 单晶氧化铝晶格参数为： α＝β＝ 90°andγ＝120 °， 通过LAMMPS软件建立刚性的球形压头及长方体基体， 基体材料分成三层 且三层分别为牛顿层、 恒温层及边界层； 其中牛顿层原子遵循牛顿第二定律， 在势 函数的作 用下进行模拟演化， 恒温层原子温度控制在2 97K， 边界层原子固定不动。 4.根据权利要求1所述的基于力学试验结果的分子动力学模型验证方法， 其特征在于： 步骤二中， 模拟参数包括模拟维度、 边界条件、 势函数、 系综选择、 系统控温方式、 模拟温度 和时间步。 5.根据权利要求3所述的基于力学试验结果的分子动力学模型验证方法， 其特征在于： 步骤二中， 在LAMMPS软件中确 定分子动力学模拟所必须的模拟参数， 模拟参数包括模拟维 度为三维， 初始温度为297K， 模拟实际室温， 边界条件是压头加载方向上为 自由边界条件， 其他方向上为周期边界条件， 时间步为1飞秒， 原子间相互作用势采用势函数， 系综在平衡 阶段采用等温等压， 在压头工作阶段采用微正则系综， 外部载荷类型为压入载荷、 系统控温 方式为速度标定法、 加载和卸载速率均为10 0m/s， 加载深度为7nm。 6.根据权利要求1所述的基于力学试验结果的分子动力学模型验证方法， 其特征在于： 步骤三中， 模拟结果的数据包括模拟体系中每 个原子的三维坐标、 速度及所受载荷。 7.根据权利要求1所述的基于力学试验结果的分子动力学模型验证方法， 其特征在于： 步骤四中， 模拟结果的数据处 理包括： 计算获得硬度， 计算公式为： 硬度 其中Pmax为纳米压痕的最大载荷， A为最大 载荷下的接触面积， 接触面积计算公式为A＝ π(2Rh ‑h2)， 其中R为压 头半径， h为加载深度； 获取仿真压痕表面形貌， 其采用OVITO软件根据原子在Z方向上的坐标进行着色标记来 进行可视化呈现。 8.根据权利要求1所述的基于力学试验结果的分子动力学模型验证方法， 其特征在于： 步骤五中， 分子动力学的仿 真结果、 力学试验结果都包括硬度和压痕表面形貌， 对比验证分 子动力学的仿真结果的硬度、 压痕表面形貌和力学 试验结果的硬度、 压痕表面形貌 。 9.根据权利要求1所述的基于力学试验结果的分子动力学模型验证方法， 其特征在于： 步骤五中， 将分子动力学 的仿真结果与力学试验结果进行对比验证， 如验证不相符则修改 模拟参数并再 执行步骤三 直至相符。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114323950 A 2基于力学试验结果 的分子动力学模型验证方 法 技术领域 [0001]本发明涉及分子模拟 方法技术领域， 尤其涉及基于力学试验结果的分子动力学模 型验证方法。 背景技术 [0002]分子动力学是一种分子模拟 方法， 该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的 运动， 以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本， 从而计算体系的构型积分， 并以 构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。 该方法与蒙特卡洛法 相比在宏观性质计算上具有更高的准确度和有效性， 可以广泛应用于物理、 化学、 生物、 材 料、 医学等各个领域。 分子动力学模拟技术具有纳米尺度下原子级的观察能力， 成为解决纳 米尺度下 材料的形变等问题的重要方法， 该 方法具有可重复性 好， 节约研究成本的优势。 [0003]然而分子动力学模拟的准确信高度依赖于分子动力学模型的准确性， 研究者们通 过分子动力学模拟技术进 行大量的科学研究， 然而关于模拟结果的可信度是一个值得探讨 的问题， 因此现有市场需求一种用于检验分子动力学模型准确性验证方法以提高模拟结果 可信度。 发明内容 [0004]本发明提供了基于力学试验结果的分子动力学模型验证方法， 其克服了背景技术 中所存在的不足。 [0005]本发明解决其技术问题的所采用的技术方案是： 基于力学试验结果的分子动力学 模型验证方法， 包括： [0006]步骤一， 建立基于力学 试验的分子动力学仿真模型； [0007]步骤二， 设置分子动力学仿真模型的模拟参数； [0008]步骤三， 依据模拟参数采用分子动力学模拟方法计算并且输出模拟结果； [0009]步骤四， 处 理模拟结果的数据以获仿真结果； [0010]步骤五， 将分子动力学的仿真结果与力学 试验结果进行对比验证。 [0011]一实施例之中： 步骤一中， 采用LAMMPS软件建立基于力学试验的分子动力学仿真 模型。 [0012]一实施例之中： 步骤一中， 采用纳米压痕力学试验方法建立球形压头与块状基体 的组合模型 ， 压头、 基体都由单晶氧化铝制成 ， 单晶氧化铝晶格参数为 ： α ＝β ＝90 °andγ＝120 °， 通过LAMMPS软件建立刚性的球形 压头及长方体基体， 基体材料分成三层 且三层分别为牛顿层、 恒温层及边界层； 其中牛顿层 原子遵循牛顿第二定律， 在势 函数的作用下进行模拟演化， 恒温层原子温度控制在297K， 边 界层原子固定不动。 [0013]一实施例之中： 步骤二中， 模拟参数包括模拟维度、 边界条件、 势函数、 系 综选择、 系统控温方式、 模拟温度和时间步。说　明　书 1/4 页 3 CN 114323950 A 3